隨著(zhù)原油儲罐的大型化（100,000~150,000m3）和罐群基地的發(fā)展，罐底油泥的清洗與回收就成為必需。由于原油中固狀物的沉積，罐底油泥厚度一般在1~2m，即占全罐容積的5~10%。也就是說(shuō)在這一周期6年左右，儲罐就需清洗，對于一個(gè)百罐罐區基地、清罐工程每年都將輪替進(jìn)行。這是一項系統工程，要將直徑達80m以上的厚層油泥破碎、稀釋成原油，并予以回收，再進(jìn)行油固分離、油水分離，原油回收率達到98%以上；而且這一清罐過(guò)程采用全封閉管道作業(yè)，不造成任何污染、排放水質(zhì)無(wú)需再處理、排放廢物含油量低至3%。本文立足于以油洗油工藝，揭示大罐清洗成套設備的關(guān)鍵技術(shù)。
2 以油洗油工藝路線(xiàn)
圖1所示為大型儲罐以油洗油的工藝路線(xiàn)。
圖1 大型儲罐以油洗油工藝流程
所謂“以油洗油”，就是采用清洗泵機組從另一同質(zhì)油供油罐中抽吸原油加熱并供給安裝在待清洗儲罐頂部的清洗噴槍?zhuān)纬捎蜕淞�，以此依次破碎大罐罐底油泥，油射流破碎油泥的全過(guò)程是以油洗油工藝的關(guān)鍵環(huán)節，只有這樣，固態(tài)油泥才能變成液態(tài)油流，由回收泵機組（B）抽吸并輸送到供油罐中。作業(yè)過(guò)程中，兩套泵機組可以依次用于破碎和抽吸，也可以并聯(lián)用于破碎或抽吸。配管閥門(mén)的開(kāi)閉可靈活變換工況，服務(wù)于作業(yè)效率。這是一個(gè)全封閉管道化的作業(yè)，液態(tài)擊碎固態(tài)、固態(tài)變成液態(tài)，循環(huán)流動(dòng)，必須以24小時(shí)連續作業(yè)保證溫度和液化狀態(tài)，否則，原油凝固就會(huì )使作業(yè)鏈斷開(kāi)。在泵源頭采用換熱器對液態(tài)（原油或清水）加溫是一個(gè)有效手段[1]。
當油泥被破碎并輸送結束后，噴槍群轉而對罐內的頂部、側壁、底部陸續以加溫清水清洗殘余油污，這時(shí)的液態(tài)物質(zhì)以水為主，流動(dòng)性好，此階段為作業(yè)后期。
作業(yè)后期的重要環(huán)節還有分離，這是達到排放要求、滿(mǎn)足清潔生產(chǎn)的必需條件。對于如此大流量循環(huán)作業(yè)，油固分離多用撇油罐以油固的比重差異沉淀分離，這種簡(jiǎn)單的物理方式使得撇油罐成了固液轉變且循環(huán)的中轉站。油水分離則在撇油罐初級分離基礎上，多采用臥螺式離心機分離，將油回收至供油罐，水則循環(huán)使用。最后的污水則是可達標直接排放的。
安全性是全封閉管道化以油洗油作業(yè)工藝的最大優(yōu)勢，無(wú)需人工進(jìn)入罐內。同時(shí)，為防止罐內油體因攪動(dòng)而產(chǎn)生的少量可燃油氣可能發(fā)生的爆炸，成套清罐設備專(zhuān)門(mén)配備了400m3/h的氮氣發(fā)生器，全過(guò)程連續向罐內充氮，氧氣檢測儀實(shí)時(shí)監控，確保罐內氧氣濃度有效控制在8%以下的安全防爆范圍內。
對于一個(gè)容積在100,000 m3的大罐、清洗周期約在35~40天，儲罐清洗完成的判據是：油射流清洗確保所有油泥、油垢被破碎并回收，水清洗完成后罐底與管壁無(wú)原油附著(zhù)，明顯露出儲罐內壁金屬本色（見(jiàn)圖2），而且污水達標排放、固體殘渣含油量低于3%并集中處理。
圖2 大罐清洗作業(yè)后的罐底狀態(tài)
3 噴槍群的三維流場(chǎng)
筆者應對的是特大尺寸的儲罐群，因此，清洗工程的方案設計要立足于從一個(gè)罐向多個(gè)罐快速轉移過(guò)渡，整個(gè)工程和單罐作業(yè)都要有“群”的概念
圖3所示為一個(gè)100,000 m3大罐頂部噴槍群的布置設計方案，每支噴槍由罐頂支腿孔進(jìn)入，28只噴槍呈同心圓布置，每?jì)芍姌屢来巫鳂I(yè)，對80m直徑大罐罐底形成由點(diǎn)到面到整體的油層破碎工程。
噴槍群布局
圖3 100,000 m3大罐清洗方案：噴槍群的布局
清洗作業(yè)時(shí)，浮頂落下，噴槍伸至離罐底油泥約1~1.5m的高度，每?jì)芍姌屢?.6MPa壓力、80m3/h大流量的油射流破碎油泥。。
三維噴槍由氣動(dòng)馬達驅動(dòng)。齒輪箱雙軸傳動(dòng)實(shí)現了噴嘴的公轉和自傳；中心傳動(dòng)軸通過(guò)一對傘齒輪驅動(dòng)噴嘴自傳，傘齒輪的偏置角度使得噴嘴自傳時(shí)，形成了噴嘴噴射方向與中心軸角度在0~1350之間的變化；加上噴嘴繞中心軸的公轉復合，最終形成了噴嘴噴射方向全方位立體覆蓋即三維旋轉射流場(chǎng)。齒輪箱的齒輪嚙合變化決定了噴嘴的公轉轉速和自傳轉速；兩者轉速比的大小決定了射流軌跡的密度，而轉速比設計成互為質(zhì)數則保證了射流軌跡的不重復、不遺漏。當噴嘴上傾（950~1350）可覆蓋罐頂；噴嘴下傾（300~950）可覆蓋直徑達15m的罐底區域及罐壁；噴嘴全方位轉動(dòng)（0~1350）則實(shí)現全方位清洗。當28支噴槍依次循環(huán)作業(yè)后，噴槍群的三維射流場(chǎng)就將完全擊碎罐底油泥。
噴頭繞軸心的轉速和噴嘴繞小傘齒輪斜面轉動(dòng)的轉速可根據作業(yè)需要無(wú)極調節。公轉轉速通常在1~2rpm，其作用是凝聚油射流不至于散射霧化；自傳轉速通常很小，只有0.013~0. 026rpm，其作用是保證油射流能覆蓋所有待清洗的表面[4]。
4 沖擊射流破碎與清洗特征分析
旋轉噴槍作業(yè)執行機構，將油射流送到了待清洗的所有位置；而噴嘴作為產(chǎn)生射流的元件，其作用在于利用有限的工況提高作業(yè)效率。破碎油泥及清洗罐壁作業(yè)的射流，是一種低壓大流量沖擊射流，對其進(jìn)行必要的分析，有助于理解作業(yè)原理，找到改善、提高作業(yè)效率的方法。圖5所示為沖擊射流結構即流動(dòng)分區。當射流噴射到接近作業(yè)面即沖擊表面時(shí)，便從自由射流區段過(guò)渡到?jīng)_擊區段，然后再沿沖擊面擴散，過(guò)渡到壁面射流區。沖擊區的沖擊力即滯點(diǎn)壓力與壁面射流區的流動(dòng)剪切力即射流壁面阻力，是射流破碎與清洗的主要動(dòng)力。
5 空化射流噴嘴的設計與試驗
對于沖擊射流，我們所關(guān)心的就是如何延長(cháng)自由射流區和沖擊區的軸向長(cháng)度，提高壁面射流區的剪切效應�？栈淞鲃t是有效手段之一。
為了制造空化效應，將噴嘴中置一錐形芯以形成繞流射流，繞流的結果是射流在噴嘴出口產(chǎn)生卡門(mén)渦街，旋渦所形成的真空帶將是產(chǎn)生空化現象的主要原因。大氣與真空帶的壓差將射流核長(cháng)度延伸，射流在渦街之后凝聚構成其核心區；由于核心區得到延長(cháng)，射流總有效長(cháng)度也即得到延長(cháng)。
兩種噴嘴的試驗是在清水介質(zhì)、0.55MPa壓力、40m3/h流量工況下進(jìn)行的。將噴嘴調至水平進(jìn)行射流射程試驗，觀(guān)察射流沖擊區（即非霧化區）的長(cháng)度，由標桿測量這一射程長(cháng)度明顯由不足10m提高到12m以上（其中核心區由1m增加到2m），而且射流明顯呈現空化現象，即能觀(guān)察到水團趨勢。這一現象將為沖擊力增大提供依據，只是由于流量太大，沖擊力通過(guò)測量來(lái)證實(shí)尚需專(zhuān)業(yè)條件。圖7所示為試驗圖片。
圖7 空化射流試驗圖片
6 油射流打擊力的有效利用
綜上所述，油射流打擊力的有效利用可以歸納以下幾點(diǎn)：
噴槍布陣以相鄰在12~15m為宜；
噴嘴與罐底油泥的靶距以1m~1.5m為宜；
噴槍轉速以1~2rpm為宜；
噴嘴自轉轉速以0.013~0.026rpm為宜；
當遇到過(guò)于厚實(shí)的油泥層時(shí)，噴槍還可以單支依次作業(yè)，由于射流沖擊力和靶距至關(guān)重要，集中射流往往更有利提高效率。
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